Koncepce zvýšení točivého momentu motoru v nízkých a vysokých otáčkách automatickým předstihem a zpomalením časování ventilů není nová věc. Během 60. let minulého století existovala ozubená kola s proměnným časováním vačkového hřídele s torzním pružinovým zařízením, které zpomalovalo časování ventilů v reakci na zvýšený točivý moment potřebný k otáčení vačkového hřídele při vyšších otáčkách motoru.
Teoreticky byste si mohli užívat výhod točivého momentu v nízkých otáčkách a výkonu ve vysokých otáčkách. Zdá se však, že to v praxi nefungovalo kvůli jeho závislosti na točivém momentu.
V dnešní době se díky počítačovým systémům řízení motoru stalo variabilní časování ventilů praktickou realitou pro většinu vozidel. Ale historická diskuse o různých inženýrských přístupech k variabilnímu časování ventilů by mohla zaplnit encyklopedii.
Ve spojení s vyladěným sacím a výfukovým systémem může variabilní časování ventilů dramaticky zvýšit točivý moment motoru v nízkých a vysokých otáčkách, zvýšit spotřebu paliva a snížit emise výfukových plynů.
Na druhou stranu variabilní časování ventilů s sebou přineslo některé specifické problémy týkající se mazání motoru a diagnostiky.
Terminologie
Variabilní časování „ventilů“, které většina z nás vidí v našich obchodech, je ve skutečnosti variabilní časování „vačkového hřídele“, které zlepšuje točivý moment při nízkých a vysokých otáčkách posunutím nebo zpomalením časování vačkového hřídele u aplikací s motorem s jedním vačkovým hřídelem (SOHC).
Naproti tomu některé aplikace DOHC (double-overhead camshaft) provádějí stejné funkce tím, že samostatně vysouvají nebo zpomalují sací a výfukové vačkové hřídele.
Plně variabilního časování ventilů lze dosáhnout pouze použitím počítačem řízených elektromagnetů pro přesné ovládání událostí otevírání a zavírání sacích a výfukových ventilů. Ačkoli jsou různé kombinace událostí časování ventilů v elektronicky řízeném systému teoreticky nekonečné, jeho aplikace jsou omezené kvůli nákladům a v některých případech i spolehlivosti.
FREE Tech Hotline Directory…
Odborná pomoc od výrobců na vašem smartphonu
kyptechline.com
Provozní zásady
Efektivní časování ventilů je velmi závislé na rychlostech nasávaného vzduchu proudícího sacími otvory motoru a výfukových plynů proudících z výfukových otvorů motoru. U většiny motorů s přirozeným sáním se sací ventil nezavře, dokud se píst nezačne pohybovat nahoru při kompresním zdvihu. Když se nasávaný vzduch pohybuje pomalu při nižších otáčkách motoru, sací ventil by se měl předčasně uzavřít, aby píst nemohl tlačit nasávaný vzduch zpět do sacího otvoru a potrubí.
Jak se rychlost nasávaného vzduchu zvyšuje s otáčkami motoru, sací ventil by se měl později zavřít, aby pomohl naplnit více vzduchu do válce. Teoreticky většina konstrukcí VVT začíná měnit časování sacích ventilů, když se rychlosti nasávaného vzduchu začnou dramaticky zvyšovat při 2 500 až 3 500 otáčkách za minutu. Skutečná provozní strategie PCM samozřejmě do značné míry závisí na konstrukci motoru a omezení rychlosti motoru.
Zatímco časování výfukových ventilů není pro výkon motoru tak zásadní jako časování sacích ventilů, teoreticky jej lze u aplikací DOHC zlepšit, aby se zvýšilo překrytí časování ventilů při vyšších otáčkách motoru a zpomalilo se, aby se překrytí ventilů snížilo při nižších otáčkách motoru.
Překrytí časování ventilů je žádoucí při vyšších otáčkách motoru. Současné držení sacích a výfukových ventilů otevřených, když motor přechází z výfuku do sacího zdvihu, umožňuje motoru využít mírný podtlak vytvářený výfukovými plyny opouštějícími výfukový kanál, aby pomohl nasát sací náplň do válce.
Při nižších otáčkách motoru a nižších rychlostech plynu však velké překrytí ventilů způsobuje klesající volnoběh v důsledku výfukových plynů tlačících se zpět do sacího potrubí a navíc snižuje kompresi motoru při běhu. Mějte také na paměti, že změna časování výfukových ventilů může vytvořit efekt „EGR“, který pomáhá snížit emise oxidu dusíku (NO) v některých aplikacích.
Design vačkového laloku
Mimochodem, je užitečné pochopit základy konstrukce laloků vačkového hřídele. Aby se předešlo nadměrnému namáhání ventilového rozvodu, musí být navržen vačkový lalok, který postupně zrychluje hmotu vahadla, ventilu, zvedáku a tlačné tyče. Konstrukce vačkového hřídele nad hlavou snižuje namáhání ventilového rozvodu tím, že tyto součásti nahrazuje jednoduchou kladičkou vačky.
Bohužel u mechanických vačkových hřídelů způsobí změny vůle ventilů nepatrné změny v časování ventilů. Protože hydraulicky seřízené vačkové hřídele nevyžadují vůli, časování ventilů zůstává velmi konzistentní.
V každém případě musí být vačkový lalok navržen tak, aby postupně zpomaloval ventilový rozvod, aby nedocházelo k odskakování ventilů od sedel ventilů při maximálních otáčkách motoru. Zatímco laloky vačkového hřídele lze brousit, aby se zvýšil průtok vzduchu zvýšením zdvihu ventilu, zvýšený zdvih ventilu zvyšuje namáhání ventilového rozvodu a také možnost vzájemného rušení mezi pístem a ventilem.
Hardware VVT
Proměnlivého časování vačkového hřídele u dřívějších motorů SOHC (single-overhead camshaft) bylo dosaženo použitím „fázovače“ vačkového hřídele sestávajícího z odpruženého hydraulického pístu, který tlačí zkosené hnací kolo proti podobnému zkosenému hnacímu kolu namontovanému na vačkovém hřídeli.
Přesného časování vačkového hřídele lze dosáhnout použitím řídicího modulu pohonné jednotky (PCM), který aplikuje tlak oleje na píst pulzováním olejového regulačního ventilu. Vzhledem k tomu, že píst obsahuje otvor pro odvzdušňování tlaku oleje, lze časování vačky změnit zvětšením šířky impulsu aplikovaného na olejový regulační ventil.
Pokud elektronika selže, vratná pružina phaseru zatlačí píst do výchozí polohy časování.
PCM bude také monitorovat polohu vačkového hřídele porovnáním relativních poloh snímače polohy vačkového hřídele (CMP) a snímače polohy klikového hřídele (CKP). Pokud tyto pozice neodpovídají naprogramovaným datům, PCM by měl nastavit chybový kód řady P0010 nebo P0340.
Některé konstrukce VVT také obsahují samostatný snímač časování ventilů (VTS), který poskytuje přesnější zpětnou vazbu časování ventilů do PCM. Zatímco většina moderních konstrukcí VVT používá k nastavení časování ventilů kompaktnější lopatkové phasery, nadále používají stejné základní uspořádání senzorů a mechanismů regulace tlaku oleje, aby bylo možné ovládat počítač.
Diagnostické tipy
Jak jste již možná uhodli, diagnostika VVT je velmi specifická pro aplikaci, protože nezávisí pouze na tom, zda je motor blokový nebo řadový typu V nebo v konfiguraci DOHC nebo SOHC, ale také na konfiguraci fázovače a systémová elektronika. Kromě toho existují doslova desítky „globálních“ chybových kódů řady P0010 a P0340, nemluvě o kódech řady P1000 specifických pro výrobce, které lze uložit kvůli problému s časováním ventilů. Ale použitím základních provozních principů je možné diagnostikovat většinu poruch VVT bez ohledu na konfiguraci.
Je zřejmé, že většina poruch VVT ovlivní podtlak v sacím potrubí a povede ke ztrátě točivého momentu motoru při nízkých nebo vysokých otáčkách. Když vačkový hřídel nereaguje na polohy nařízené modulem PCM, modul PCM by měl uložit chybový kód časování související s vačkovým hřídelem P0340. U motorů s blokem V může chyba časování vačkového hřídele na jedné řadě také způsobit kódy vynechání zapalování řady P0300 pro všechny válce na této řadě.
Kromě toho pamatujte, že časování ventilů a překrytí ventilů ovlivňují kompresi válců. Při poruše jednoho bloku na motoru s blokem V by se měla komprese při protáčení mezi válci lišit, stejně jako čísla korekce paliva mezi válci. Také mějte na paměti, že po opětovném zavedení ocelových rozvodových řetězů může jeden uvolněný řetěz nebo opotřebovaný napínač nebo vedení řetězu na jedné řadě zpomalit časování vačky a možná ovlivnit studené starty a jízdní vlastnosti.
Viskozita motorového oleje a také průtoková kapacita olejového filtru mohou rozhodně ovlivnit schopnost fázovače vačky řídit časování ventilů, stejně jako životnost oleje. Olej neschválený OE ve spojení s nízkokapacitním olejovým filtrem může způsobit usazování nebo lakování, což způsobí přilepení fázovačů vaček v předsunutých nebo zpomalených polohách. To může také způsobit ucpání olejových kanálků v hlavě válců, olejovém regulačním ventilu a fázovačích kalem nebo kontaminaci kovovými třískami. I když používáte oleje OE nebo OE schválené, mějte na paměti, že motorový olej je nutné měnit v doporučených intervalech.
V neposlední řadě mnoho pokročilých diagnostických techniků rutinně shromažďuje laboratorní vzorky dobře známých křivek snímačů CMP a CKP pro budoucí srovnání s těmi, které vyrábí podobný model trpící předpokládaným problémem časování ventilů.
